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n沟道场效应管工作原理详解
n沟道增强型MOS管

（一）构造

绝缘(yuan)栅型场(chang)效应管(guan)的构造表示(shi)(shi)图如图2-34所示(shi)(shi)。

（2）n沟道增强型MOS管

1)n沟道(dao)(dao)增强型MOSFET的导电沟道(dao)(dao)的构成

n沟道加强(qiang)型(xing)MOSFET的(de)(de)沟道构成(cheng)及符(fu)号如图(tu)2-35所(suo)示，其中图(tu)2-35 (a)所(suo)示是在(zai)一(yi)块杂质浓(nong)度较低(di)的(de)(de)P型(xing)半导(dao)体衬底(di)上制(zhi)造(zao)两个(ge)高浓(nong)度的(de)(de)N型(xing)区，并(bing)分别将它们(men)作(zuo)为源极(ji)(ji)s和漏(lou)极(ji)(ji)D，然后在(zai)衬底(di)的(de)(de)外表制(zhi)造(zao)一(yi)层Si02绝缘层，并(bing)在(zai)上面引(yin)出一(yi)个(ge)电极(ji)(ji)作(zuo)为栅极(ji)(ji)G。图(tu)2-35(b)所(suo)示是其在(zai)电路中的(de)(de)符(fu)号。

式中，UT为(wei)(wei)开启(qi)电(dian)压（或阈值(zhi)电(dian)压）；μn为(wei)(wei)沟道(dao)(dao)电(dian)子(zi)运动(dong)的迁移率；Cox为(wei)(wei)巾位面积栅(zha)极电(dian)容；W为(wei)(wei)沟道(dao)(dao)宽(kuan)度；疋为(wei)(wei)沟道(dao)(dao)长度；W/L为(wei)(wei)MOSFET的宽(kuan)长比(bi)。在MOSFET集成电(dian)路(lu)设计中，宽(kuan)长比(bi)是一个极为(wei)(wei)重(zhong)要(yao)的参(can)数。

（3）n沟道增强型输出特性曲线

n沟(gou)道MOS管(guan)(guan)的(de)输(shu)出(chu)特(te)(te)性曲(qu)线如图2-37所示(shi)。与(yu)结型场效应(ying)管(guan)(guan)的(de)输(shu)出(chu)特(te)(te)性相似(si)，它也分(fen)为恒流区(qu)、叮变电阻区(qu)、截止(zhi)区(qu)和(he)击穿区(qu)。其特(te)(te)性如下所示(shi)。

①截止区：UGS≤UT，导电沟道未(wei)构(gou)成(cheng)，iD=0。

②恒(heng)流(liu)区：

1、曲线距离平(ping)均，UGS对iP的控(kong)制才能强；

2、UDS对iD的控(kong)制才能弱，曲线(xian)平整；

3、进入恒流区(qu)的条件(jian)，即(ji)预(yu)灾断(duan)条件(jian)为UDS≥UCS-UT。

③可变电阻区(qu)：

可变电(dian)阻(zu)区(qu)的(de)电(dian)流方程为：

因而，可变电阻(zu)区的输(shu)出电阻(zu)rDS为

n沟道增强型MOS管的工作原理

1．vGS对(dui)iD及沟道的(de)控制作(zuo)用

MOS管(guan)的(de)(de)源极和衬(chen)底(di)通常是接在(zai)一(yi)起的(de)(de)（大多(duo)数管(guan)子(zi)在(zai)出厂(chang)前已连接好）。从上图（a）可以看出，增强(qiang)型MOS管(guan)的(de)(de)漏(lou)极d和源极s之间(jian)有(you)两(liang)个背靠背的(de)(de)PN结(jie)。当栅-源电压vGS=0时，即使加上漏(lou)-源电压vDS，而且不论vDS的(de)(de)极性如何，总有(you)一(yi)个PN结(jie)处于反偏状态，漏(lou)-源极间(jian)没有(you)导电沟道，所以这时漏(lou)极电流iD≈0。

若在栅(zha)-源(yuan)极(ji)(ji)(ji)间加上正向电(dian)压，即vGS＞0，则栅(zha)极(ji)(ji)(ji)和衬底(di)(di)之间的SiO2绝缘层中(zhong)便产生一个垂(chui)直(zhi)于半导(dao)体表(biao)面的由栅(zha)极(ji)(ji)(ji)指向衬底(di)(di)的电(dian)场，这(zhei)个电(dian)场能(neng)排斥(chi)空穴而吸(xi)引电(dian)子(zi)，因而使栅(zha)极(ji)(ji)(ji)附近的P型衬底(di)(di)中(zhong)的空穴被排斥(chi)，剩(sheng)下不(bu)能(neng)移(yi)动的受主(zhu)离(li)(li)子(zi)（负离(li)(li)子(zi)），形成(cheng)耗尽层，同时P衬底(di)(di)中(zhong)的电(dian)子(zi)（少子(zi)）被吸(xi)引到衬底(di)(di)表(biao)面。当vGS数(shu)值较(jiao)小，吸(xi)引电(dian)子(zi)的能(neng)力(li)不(bu)强时，漏(lou)-源(yuan)极(ji)(ji)(ji)之间仍(reng)无导(dao)电(dian)沟道出现，如(ru)上图(tu)（b）所示。

vGS增加(jia)时，吸引到P衬底(di)表面(mian)层(ceng)的(de)电(dian)(dian)子就(jiu)(jiu)增多，当vGS达(da)到某一数值(zhi)时，这些(xie)电(dian)(dian)子在(zai)栅极附近的(de)P衬底(di)表面(mian)便形(xing)成一个N型薄层(ceng)，且与两个N+区相连(lian)通，在(zai)漏-源极间形(xing)成N型导电(dian)(dian)沟道(dao)，其导电(dian)(dian)类型与P衬底(di)相反(fan)，故(gu)又称为反(fan)型层(ceng)，如上图（c）所示(shi)。vGS越(yue)大，作用(yong)于半(ban)导体(ti)表面(mian)的(de)电(dian)(dian)场就(jiu)(jiu)越(yue)强(qiang)，吸引到P衬底(di)表面(mian)的(de)电(dian)(dian)子就(jiu)(jiu)越(yue)多，导电(dian)(dian)沟道(dao)越(yue)厚，沟道(dao)电(dian)(dian)阻越(yue)小。我们把(ba)开(kai)始(shi)形(xing)成沟道(dao)时的(de)栅-源极电(dian)(dian)压称为开(kai)启(qi)电(dian)(dian)压，用(yong)VT表示(shi)。

由上述分析可知，N沟(gou)道(dao)(dao)增(zeng)强型(xing)MOS管(guan)在(zai)vGS＜VT时，不能(neng)形(xing)成导电沟(gou)道(dao)(dao)，管(guan)子处于截止状态。只有(you)当vGS≥VT时，才(cai)有(you)沟(gou)道(dao)(dao)形(xing)成，此时在(zai)漏(lou)-源极间(jian)加上正向电压vDS，才(cai)有(you)漏(lou)极电流产生(sheng)。而且vGS增(zeng)大时，沟(gou)道(dao)(dao)变厚，沟(gou)道(dao)(dao)电阻(zu)减小，iD增(zeng)大。这种必须在(zai)vGS≥VT时才(cai)能(neng)形(xing)成导电沟(gou)道(dao)(dao)的MOS管(guan)称为增(zeng)强型(xing)MOS管(guan)。

2．vDS对(dui)iD的影(ying)响

如上图（a）所(suo)示(shi)，当(dang)vGS》VT且为一确定值(zhi)时，漏(lou)-源(yuan)电(dian)(dian)(dian)压vDS对导电(dian)(dian)(dian)沟道及电(dian)(dian)(dian)流iD的(de)影响与(yu)结型场效应管相(xiang)似。漏(lou)极(ji)电(dian)(dian)(dian)流iD沿沟道产生的(de)电(dian)(dian)(dian)压降(jiang)使沟道内各(ge)点与(yu)栅极(ji)间的(de)电(dian)(dian)(dian)压不(bu)再(zai)相(xiang)等，靠近源(yuan)极(ji)一端的(de)电(dian)(dian)(dian)压最(zui)大，这里沟道最(zui)厚(hou)，而(er)漏(lou)极(ji)一端电(dian)(dian)(dian)压最(zui)小，其值(zhi)为vGD=vGS - vDS，因而(er)这里沟道最(zui)薄。但当(dang)vDS较(jiao)小（vDS《vGS–VT）时，它对沟道的(de)影响不(bu)大，这时只要vGS一定，沟道电(dian)(dian)(dian)阻几乎(hu)也是一定的(de)，所(suo)以iD随vDS近似呈线性变化。

随(sui)着(zhe)vDS的增(zeng)(zeng)(zeng)大，靠近(jin)漏极的沟(gou)道越(yue)来越(yue)薄，当vDS增(zeng)(zeng)(zeng)加到(dao)使vGD=vGS-vDS=VT（或vDS=vGS-VT）时(shi)，沟(gou)道在(zai)漏极一(yi)端出现(xian)预夹(jia)(jia)断，如(ru)上图（b）所示。再(zai)继续增(zeng)(zeng)(zeng)大vDS，夹(jia)(jia)断点将向源极方(fang)向移(yi)动，如(ru)上图（c）所示。由(you)于vDS的增(zeng)(zeng)(zeng)加部(bu)分几(ji)乎(hu)(hu)全(quan)部(bu)降(jiang)落在(zai)夹(jia)(jia)断区，故iD几(ji)乎(hu)(hu)不随(sui)vDS增(zeng)(zeng)(zeng)大而增(zeng)(zeng)(zeng)加，管子进入(ru)饱(bao)和(he)区，iD几(ji)乎(hu)(hu)仅由(you)vGS决定(ding)。

n沟道场效应管开关电路

MOSFET一(yi)直(zhi)是大多数(shu)N沟道(dao)场效(xiao)(xiao)应(ying)管(guan)开(kai)(kai)关(guan)电(dian)(dian)路电(dian)(dian)源(yuan)(yuan)（SMPS）选择(ze)(ze)的(de)晶(jing)体管(guan)技(ji)术。MOSFET用(yong)(yong)作(zuo)主开(kai)(kai)关(guan)晶(jing)体管(guan)，并用(yong)(yong)作(zuo)门控(kong)整(zheng)流(liu)器(qi)来(lai)提(ti)高效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)。本(ben)(ben)设计实例对P沟道(dao)和(he)N沟道(dao)增强(qiang)(qiang)型MOSFET做了比较，以便选择(ze)(ze)最适(shi)合(he)电(dian)(dian)源(yuan)(yuan)应(ying)用(yong)(yong)的(de)开(kai)(kai)关(guan)。MOSFET一(yi)直(zhi)是大多数(shu)开(kai)(kai)关(guan)电(dian)(dian)源(yuan)(yuan)（SMPS）首(shou)选的(de)晶(jing)体管(guan)技(ji)术。当(dang)用(yong)(yong)作(zuo)门控(kong)整(zheng)流(liu)器(qi)时，MOSFET是主开(kai)(kai)关(guan)晶(jing)体管(guan)且兼具提(ti)高效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)的(de)作(zuo)用(yong)(yong)。为(wei)选择(ze)(ze)最适(shi)合(he)电(dian)(dian)源(yuan)(yuan)应(ying)用(yong)(yong)的(de)开(kai)(kai)关(guan)，本(ben)(ben)设计实例对P沟道(dao)和(he)N沟道(dao)增强(qiang)(qiang)型MOSFET进行了比较。

对市场营销(xiao)人(ren)员(yuan)，MOSFET可能代表能源传(chuan)递最佳(jia)方案（Most Optimal Solution for Energy Transfer）的缩写。对工程师来说，它代表金(jin)属氧化物半导体场效应晶体管（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）。

由于具有较低的(de)导通(tong)(tong)电阻（RDS(on)）和较小(xiao)尺寸，N沟道(dao)(dao)MOSFET在产品选择(ze)上超过了P沟道(dao)(dao)。在降(jiang)压(ya)稳压(ya)器应(ying)(ying)用中(zhong)，基于栅控电压(ya)极性、器件(jian)尺寸和串(chuan)联电阻等多种(zhong)因(yin)(yin)素，使用P沟道(dao)(dao)MOSFET或N沟道(dao)(dao)MOSFET作为主(zhu)N沟道(dao)(dao)场效应(ying)(ying)管开关电路。同步整流器应(ying)(ying)用几乎总是使用N沟道(dao)(dao)技术(shu)，这(zhei)主(zhu)要是因(yin)(yin)为N沟道(dao)(dao)的(de)RDS(on)小(xiao)于P沟道(dao)(dao)的(de)，并且通(tong)(tong)过在栅极上施加正电压(ya)导通(tong)(tong)。

MOSFET多数是载流(liu)子(zi)器件， N沟(gou)道(dao)MOSFET在导电(dian)过程(cheng)中有(you)电(dian)子(zi)流(liu)动(dong)(dong)。 P沟(gou)道(dao)在导电(dian)期间(jian)使用(yong)被称为空(kong)穴的(de)(de)(de)正电(dian)荷。电(dian)子(zi)的(de)(de)(de)流(liu)动(dong)(dong)性(xing)是空(kong)穴的(de)(de)(de)三倍。尽管(guan)没有(you)直(zhi)接的(de)(de)(de)相关性(xing)，就RDS(on)而(er)言，为得(de)到相等的(de)(de)(de)值(zhi)，P沟(gou)道(dao)的(de)(de)(de)管(guan)芯尺寸大约(yue)是N沟(gou)道(dao)的(de)(de)(de)三倍。因此(ci)N沟(gou)道(dao)的(de)(de)(de)管(guan)芯尺寸更小(xiao)。

N沟(gou)道(dao)场(chang)效应(ying)管开关电路(lu)N沟(gou)道(dao)MOSFET在(zai)栅(zha)-源(yuan)极端子上施加(jia)适当阈值的(de)正电压(ya)时导(dao)通；P沟(gou)道(dao)MOSFET通过施加(jia)给定的(de)负的(de)栅(zha)-源(yuan)极电压(ya)导(dao)通。

MOSFET的(de)(de)栅控决定(ding)了它(ta)们在SMPS转换器(qi)(qi)(qi)中的(de)(de)应(ying)用(yong)(yong)(yong)。例如(ru)，N沟(gou)(gou)道MOSFET更适用(yong)(yong)(yong)于以地为参(can)考的(de)(de)低侧(ce)(ce)(ce)开(kai)关(guan)(guan)(guan)(guan)，特别是用(yong)(yong)(yong)于升压、SEPIC、正向和隔离反激式转换器(qi)(qi)(qi)。在同(tong)步整流器(qi)(qi)(qi)应(ying)用(yong)(yong)(yong)以及以太(tai)网供电(dian)(dian)（PoE）输入(ru)整流器(qi)(qi)(qi)中，低侧(ce)(ce)(ce)开(kai)关(guan)(guan)(guan)(guan)也(ye)被用(yong)(yong)(yong)来代(dai)替二极(ji)管作为整流器(qi)(qi)(qi)。P沟(gou)(gou)道MOSFET最常用(yong)(yong)(yong)作输入(ru)电(dian)(dian)压低于15VDC的(de)(de)降压稳压器(qi)(qi)(qi)中的(de)(de)高侧(ce)(ce)(ce)开(kai)关(guan)(guan)(guan)(guan)。根据(ju)应(ying)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)不同(tong)，N沟(gou)(gou)道场效应(ying)管开(kai)关(guan)(guan)(guan)(guan)电(dian)(dian)路N沟(gou)(gou)道MOSFET也(ye)可用(yong)(yong)(yong)作降压稳压器(qi)(qi)(qi)高侧(ce)(ce)(ce)开(kai)关(guan)(guan)(guan)(guan)。这(zhei)些应(ying)用(yong)(yong)(yong)需要自举电(dian)(dian)路或其它(ta)形(xing)式的(de)(de)高侧(ce)(ce)(ce)驱动器(qi)(qi)(qi)。

n沟道场效应管型号-30V

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